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全球先进陶瓷材料的应用趋势预测

作者:现金捕鱼    更新时间:2019-11-11 15:44

  先进陶瓷是采用高度精选或合成的原料,具有精确控制的化学组成,按照便于控制的制造技术加工、便于进行结构设计,并且有优异特性的陶瓷。由于其特定的精细结构和其高强、高硬、耐磨、耐腐蚀、耐高温、导电、绝缘、磁性、透光、半导体以及压电、铁电、声光、超导、生物相容等一系列优良性能,被广泛应用于国防、化工、冶金、电子、机械、航空、航天、生物医学等国民经济的各个领域。目前,全球范围内先进陶瓷技术快速进步、应用领域不断拓宽及市场稳定增长的发展趋势较明显。

  美国:重点发展高温结构陶瓷,目前在航天技术、航空器、核工程、汽车、医疗设备及机械动力等领域处于大范围使用阶段。从2000年开始,美国先进陶瓷协会和美国国家能源部联合资助并实施了为期20年的美国先进陶瓷发展计划,预期目标是:到2020年,先进陶瓷以其优越的高温性能、可靠性以及其他独特性能,成为一种经济适用的首选材料,并广泛应用于节能环保、新一代信息技术、生物医药、高端装备制造、新能源和新能源汽车等战略性新兴产业中,需求者根据应用要求可以选择使用具有优越性价比的先进陶瓷产品。美国国家航空和宇航局(NASA)在结构陶瓷的开发和加工技术方面实施了大规模的研究与发展计划,重点对航空发动机、民用热机中的关键闭环实现陶瓷替代,同时对纳米陶瓷涂层、生物医学陶瓷和光电陶瓷的研究、产业化进行资助。

  日本:近年来,日本将先进陶瓷作为战略性产业,将其看作是决定未来国际竞争力的高科技产业,不断加大投资力度。在电子陶瓷、光导纤维、高韧性陶瓷等先进陶瓷材料方面,日本均处于领先地位。日本生产的先进陶瓷敏感元件已占据国际市场主要份额,包括热敏、压敏、磁敏、气敏、光敏等在内的各种先进陶瓷产品垄断着大部分市场;在泡沫陶瓷、超塑性陶瓷、塑胶复合陶瓷以及各种先进陶瓷材料与陶瓷部件研发,高性能陶瓷电池、陶瓷发动机等研发开发方面,均处于领先地位。

  欧盟:欧盟各国以功能陶瓷和高温结构陶瓷为主要研究对象,目前研究的重点为发电设备中应用的新型材料技术,如陶瓷活塞盖、排气管里衬、涡轮增压转子及燃气轮转子等。此外,欧盟部分国家在先进陶瓷机械、装备方面优势明显。

  电子陶瓷是先进陶瓷中较为成熟的技术产品,大约占先进陶瓷市场份额的65%。主要用于芯片、电容、集成电路封装、传感器、绝缘体、铁磁体、压电陶瓷、半导体、超导等。主要材料有钛酸钡、氧化锌、钛锆酸铅、铌酸锂、氮化铝、二氧化锆和氧化铝等。随着信息化产业、电子消费产业的快速发展,工业用电子产品、消费电子产品将保持快速发展趋势,对电子陶瓷的需求巨大,预计到2020年全球电子陶瓷需求将突破400亿美元。

  生物陶瓷除用于测量、诊断、治疗外,主要是作为生物硬组织的代用材料,可应用在骨科、整形外科、口腔外科、心血管外科、眼科、耳喉鼻科及普通外科等各个方面。生物医用材料目前已成为各国科学家竞相研究和开发的热点,国内生物医学材料和制品70~80%依赖进口,并基本属于仿制,我国的生物医用材料在全球的市场份额仅占2%,产品技术水平大多处于初级阶段。伴随社会人口老龄化,到2020年,我国将大约需要人工关节80万套/年、血管支架160万个/年、眼内人工晶体140万个/年,对生物陶瓷材料需求将大幅增加。

  随着经济高速发展、能源需求迅速增加,工业及生活废弃物巨量产生,能源节约和环境保护已经成为国际社会日益关心的重大问题。在能源匮乏和环境恶化日益严重的情况下,先进、高效节能环保技术得以实现的节能蓄热式热力垃圾焚烧炉和冶炼行业节能蓄热室用蜂窝陶瓷、热气体净化领域和水处理领域用的陶瓷膜及装备、特高压交流输电技术与装备用的系列超/特高压悬式瓷绝缘子、蓄热换热用的碳化硅陶瓷部件、光伏产业用系列陶瓷制品都将会获得难得的发展契机。

  航空航天陶瓷应用主要涉及到直升机用防弹装甲陶瓷、飞机刹车盘材料、卫星电池用陶瓷隔膜材料、红外隐身/伪装涂料、陶瓷轴承、导弹用陶瓷天线罩材料等。目前在航空航天中的应用研究主要集中在火箭喷嘴的耐热材料,太空飞船的隔热瓦,复合工程陶瓷材料以及宇宙飞船的观察窗涂层等,尤其是对具有轻质耐热耐烧蚀高熔点高强度的陶瓷纤维的研制开发较为关注。

  近年来纳米陶瓷倍受人们关注。当所选用的原料以及成材后晶粒达到纳米尺度时,将为陶瓷材料的制备科学、陶瓷学、陶瓷工艺以及最终的材料性能带来突变,从而开拓陶瓷材料更广泛的用途。目前制备的纳米陶瓷粉体有:Al2O3、ZrO2、SiO2、Si2N、SiC、BaTiO3、TiO2等。纳米陶瓷的研制,带动了一些新的快速烧结设备的开发,如真空烧结工艺、微波烧结工艺和等离子烧结技术(SPS)等。

  热膨胀系数绝对值小于2×10-6/℃的材料称为低膨胀材料,膨胀系数接近于零的材料为超低膨胀材料。低膨胀陶瓷,特别是零膨胀陶瓷或负膨胀陶瓷,可作为发动机主件,航空材料叶片,炉具垫片,电路基片,天文镜坯及天线罩,高温观察窗,精密计量等器件,载体及过滤器,核废料固定化,封接材料等高技术材料。

  作为基础原材料和核心部件的先进陶瓷,在国家大力发展战略性新兴产业的机遇中,将会迎来广阔的应用和市场前景。

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